电磁兼容技术在某武器系统设计中的应用

张 颖，兰光武,韩冬梅，李柄鹏，陈三强

(1.兵器工业第58所，四川 绵阳 621000； 2.国营第157厂，成都 611930；3.成都石化工业学校，成都 611930； 4.国营第451厂，重庆 400032)

【装备理论与装备技术】

电磁兼容技术在某武器系统设计中的应用

张 颖1，兰光武2,韩冬梅3，李柄鹏2，陈三强4

(1.兵器工业第58所，四川 绵阳 621000； 2.国营第157厂，成都 611930；3.成都石化工业学校，成都 611930； 4.国营第451厂，重庆 400032)

某武器系统是火力控制与运动控制相结合的自动化装备，其运行稳定性、可靠性受电磁干扰影响；通过对其结构、材料、电器元件、电路方式、电路卡等的电磁兼容性进行了分析，在零部件设计与布局、装配方法、元件自身抗电磁干扰、单元互抗电磁干扰、信号隔离、电路布线、接地、电路屏蔽以及滤波等方面采取措施；按照GJB151A对电子设备相关要求进行了电磁兼容性试验，证明该系统满足各项性能指标，系统运行可靠稳定。

电磁兼容；滤波；隔离；接地

随着信息技术的发展，武器系统集成电气设备日益增多，而且电气设备的频率、带宽日益增宽，发射功率逐渐增大，信息传输速率增快，信号灵敏度提高。因此，电磁兼容设计在武器系统中越来越受到重视，由于电子设备的性能直接关系到武器系统的使用。设计电磁兼容成为武器研发中不可或缺的一项。

某武器采用火力控制单元与运动控制单元相结合的方式，系统自动化程度高、反应速度快。因此，在武器系统的设计中，充分考虑系统电磁兼容技术。在电路设计中，特别是运动控制电路板设计从信号隔离、布线、接地、屏蔽以及滤波等多个方面，对电磁兼容进行了充分考虑。试验结果证明：通过采取电磁兼容设计措施，可以有效提高系统的可靠性，从而保证系统运行稳定可靠、工作正常。

1 武器系统简介

该武器系统是一种可以安装在多种平台上的相对独立的模块化、通用化武器系统。不需要人工直接操控武器，而是基于视频图像和电机驱动实现遥控。遥控操作可使射手位于武器平台的任何位置，而武器平台的保护装甲可以避免战士和敌人面对面对抗，提高战士战场生存能力，免受有毒气体和噪声的危害。

该武器系统主要由火力系统、火控系统和辅助设备3部分组成。

火力系统主要包括枪塔和枪身。枪塔主要包括观瞄组件、驱动控制组件、车载机组件、高低机、方向机和电路旋转连接器等主要设备，这些设备都集成安装在炮塔上。是整个系统的基本架构。

火控系统主要包括观瞄装置、驱动控制箱、电机、高低/方位编码器、操控箱等。其中驱动控制箱主要由运动控制电路卡、方位/高低电机驱动器等组成，驱动控制箱与成员操控箱之间的通信与信息交互通过CAN总线实现。该武器火控系统组成图如图1所示。

辅助设备主要包括接插件、电路旋转连接器和连接线缆等。

在该系统设计过程中，既要考虑研制的每台电子设备本身要能抵抗一定的外来电磁干扰，保持自身正常工作，又要考虑自身不能产生对其他电子设备的电磁干扰。即既要满足有关标准规定的电磁敏感度极限值要求，又要满足其电磁发射极限值要求。在火控电子设备设计中采用了多种屏蔽和滤波的电磁兼容处理方法，合理地进行电子、结构设计，同时兼顾了可维修性和可靠性。在设备总体布置、电子板卡设计、电线和电缆布线、电缆线的屏蔽、设备的搭接和接地、静电防护、外界电磁环境的影响等多方面充分考虑了电磁兼容性的要求。

2 箱体结构电磁兼容性设计

2.1 电磁屏蔽设计

在进行工程设计时，武器系统各设备单体机箱做了以下屏蔽处理：机箱选用铝合金材质，可有效地对电场进行屏蔽；增加缝隙配合深度，减少缝隙长度，在盖板与箱体、面板与箱体、插座安装板与箱体、插座与其安装板等结合面安装导电橡胶板，在接缝处涂导电涂料。缩短螺钉间距等。从而尽量减少结构的不连续性，以便控制经各侧板和机箱进出的辐射泄漏，提高缝隙处屏蔽效能；在有显示屏的设备前安装屏蔽玻璃；箱体与各盖板采用导电氧化表面处理工艺。

2.2 地线接地设计

在进行工程设计时，该武器系统考虑了以下接地技术：

1) 系统内部各电气设备的机壳上专门增加了接地螺柱，产品的壳体通过接地线搭接到车体上，为产品和车体之间建立低阻抗通路，并提供基准电位，抑制电磁环境对设备的干扰；

2) 系统信号地采用悬浮接地；

3) 设计中还采用把数字地与模拟地相对分开、信号地与机壳地相对分开、大信号地与小信号地相对分开等措施来达到良好的电磁兼容性；

4) 尽量采用单点接地，如果电路在多点接地时，地线上的噪声就会耦合进电路(地环路干扰)。此时，信号源与放大器连接的噪声分析：如RC1和RC2是连接源和负载的导线电阻。连接源的地线和负载的地线不在同一点，两个地线之间就会有地线噪声电压VG。若：RC2<

VN=[RL/(RL+RC1+RS)][RC2/(RC2+RG)]VG

只要将源或负载侧的地线之一断开，采用单点接地就可以解决这个问题。

5) 接地技术严格按照电磁兼容设计规范，接地处理符合要求。

2.3 信号滤波设计

互联信号线、数据线不加处理穿过机箱，会破坏机箱的电连续性，出现电磁兼容性中的辐射和敏感度超标，需对各引线进行电磁兼容处理。信号线根据频率的不同，选择不同滤波性能的滤波器，可满足电磁兼容性的要求。

1) 由于电缆穿过机壳使整体屏蔽效能降低。电源线进入机壳前，全部先通过电源滤波器滤波处理；

2) 信号线，控制线通过适当的滤波器进入/穿出机壳时；

3) 穿过屏蔽壳体的金属控制轴，采用金属触片、接地螺母或射频衬垫接地；

4) 用导电衬垫和垫圈、螺母等实现钮子开关防泄漏安装；

5) 在指示器、显示器后面加屏蔽，对所有引线采用穿心滤波器滤波；

6) 瞬态脉冲干扰含有丰富的高频成分，选用低通滤波器可以滤除部分能量，减小干扰的幅度。设输入低通滤波器的是一个梯形波(不失一般性)，幅度为VIP，脉宽为d，则其频谱的幅度：

VI(f)=2VIPd f≤1/πd

2.4 某电源滤波设计

供电电源的电磁兼容性，需解决共模干扰和差模干扰，在设计中，采用多级滤波形式的军用电源滤波器，从而达到电源电磁兼容性要求。可使用馈通滤波器对电源进行高频滤波；因为电源线上高频传导电流会导致辐射，使设备的辐射发射超标。因此，使用馈通滤波器可以有效抑制电源部分产生的电磁干扰。

3 运动控制电路卡电磁兼容性设计

该武器系统运动控制单元是火控系统运动控制的核心单元模块，火控系统的快速反应性能、精确打击能力在很大程度上都依赖于运动控制单元的快速响应和精确控制能力。

图2是该武器系统运动控制单元运动控制电路卡的设计示意图。该控制卡采用高速数字信号处理器DSP为核心微处理器,用CAN总线实现信息传递。控制卡集成了2路高速数字脉冲发生电路，实现对2路步进驱动器进行运动控制；1路RS232接口电路，实现对观瞄装置的激光测距，红外/白光切换等；2路位置检测电路，实现对光电码盘进行采集和处理。为增强系统可靠性，在各电路模块中均采用光电隔离技术，大大增强了系统的抗干扰性。

3.1 CAN接口电路设计

运动控制卡通过CAN总线与其他设备进行信息交互，为避免信号在传输中出现电磁干扰，在设计中采用了光电隔离技术，采用1片高速双数字隔离器IL712T-3对CAN接口电路进行隔离，提高总线的抗干扰性能。如图3所示。

图2 运动控制电路卡设计图

图3 CAN总线接口电路

3.2 位置检测电路

该武器系统采用光电编码器作为闭环控制的反馈元件。光电编码器输出两组相位相差90°的脉冲信号DAT+和DAT-,设计中选用MAXIM公司差分收发器与DSP内部的高速I/O口连接，采集光电编码器的位置值,采用1片高速双数字隔离器IL712T-3对差分收发电路进行隔离，以提高信号的抗干扰性能。如图4所示。

图4 位置检测电路

3.3 电机驱动器接口电路

武器系统采用数字脉冲控制模式控制步进驱动器，在电路设计时采用2片高速双数字隔离器IL711T-3作为接口电路进行信号隔离，如图5。运动控制卡共设计两路差分脉冲信号，分别用来控制武器的方位和高低运动，在设计时，采用1片AM26LS31C高速差分驱动芯片对信息进行差分处理，使系统抗干扰性能增强。

3.4 电源隔离技术

为提高系统的抗干扰性，运动控制卡与外设之间的电路均采用了隔离技术并通过隔离电源模块给板卡供电。

试验使用证明，当不采取电源隔离技术时，系统在运行过程中由于电流变化大，影响了运动控制卡运行的稳定，出现电机扰动，系统死机等现象。而采取电源隔离技术后，系统运行稳定可靠。

图5 电机驱动器控制接口

4 系统电磁兼容试验结果

武器系统按照GJB151A电子设备相关要求进行了电磁兼容性八项试验，试验结果满足GJB151A中相关试验要求，该武器系统在进行RE102电场辐射发射试验时，测试结果如图6～图9所示，测试结果表明：该武器系统电场辐射发射指标没有超越RE102指标。达到了GJB151A中的相关要求。

图6 30～200 MHz的垂直极化测试结果

图7 200 MHz～1 GHz的垂直极化测试结果

图8 30～200 MHz的水平极化测试结果

图9 200～1 GHz的水平极化测试结果

5 结束语

本文从结构、电路板卡设计等方面对武器系统兼容技术进行分析，在信号隔离、布线、接地、屏蔽以及滤波等方面采取措施，对电磁兼容进行设计。武器系统满足GJB151A中相关试验要求，系统运行稳定、可靠。达到了较为理想的电磁兼容效果。

[1] 苏奎峰,吕强，耿庆锋，等.TMS320F2812原理与开发 [M].北京:电子工业出版社,2005.

[2] 杨克俊.电磁兼容原理与设计技术[M].北京:人民邮电出版社，2007.

[3] 浦发.外弹道学[M].北京：国防工业出版社，1986.

[4] 徐友明.现代外弹道学[M].北京：兵器工业出版社，1999.

[5] 陈三强.某推进剂瞬态热传导数值模拟[J].四川兵工学报,2011,32(9):15-19.

[6] 陈三强.人因工程在弹药设计中的应用[J].国防制造技术,2011(5):77-82.

[7] 某牵引炮射击精度影响因素剖析[J].四川兵工学报.2011.32(5):51-54.

(责任编辑周江川)

Application of Electromagnetic Compatibility in Weapon System Design

ZHANG Ying1, LAN Guang-Wu2，HAN Dong-Mei3，LI Bing-Peng2, CHEN San-Qiang4

(1.The No.58thResearch Institute of China Ordnance Industries, Mianyang 621000, China；2.The No.157thNational Factory, Chengdu 611930, China；3.Chengdu Petrochemical Industry School, Chengdu 611930, China；4.The No. 451stNational Factory, Chongqing 400032, China)

A weapon system is a combination fire control and motion control, and its operation stability and reliability are influenced by electromagnetic interference. The electromagnetic compatibility of structure， material, electrical components, circuit and circuit card were analyzed. Several import methods were taken in some respects such as the component design and layout, assembly method, anti-electromagnetic interference, each anti-electromagnetic interference,signal isolation,circuit wiring, grounding, shielding and filtering circuit and so on. According to the related requirement of GJB151A for electronic equipment, electromagnetic compatibility test was conducted to show that the system meets the performance indicators and the system runs stably and reliable.

electromagnetic compatibility; filtration; isolation; ground connection

2016-08-11；

张颖(1975—)，男，高级工程师，主要从事武器火控研究。

10.11809/scbgxb2016.12.006

张颖，兰光武,韩冬梅，等.电磁兼容技术在某武器系统设计中的应用[J].兵器装备工程学报，2016(12):27-30.

format:ZHANG Ying, LAN Guang-Wu，HAN Dong-Mei，et al.Application of Electromagnetic Compatibility in Weapon System Design[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(12):27-30.

TJ201

2096-2304(2016)12-0027-04

修回日期：2016-09-30